CN111108680A - 用于操作多相开关磁阻电机以及校正单元的控制器系统以及方法 - Google Patents

Abstract

本文涉及一种用于操作包括定子和转子的多相开关磁阻电机的控制器系统，转子可相对于定子旋转。定子的每一线圈与一相阶相关联，使得每一相阶与多个定子线圈相关联。该控制器系统被布置成通过向各相阶中的每一者相继施加相电流来向各相阶供电。对于每一相阶，通过在反磁极相对于定子磁极的第一位置中接通相电流并在该反磁极的第二位置中断开相电流来施加相电流。该控制器系统包括扭矩分配单元和校正单元，扭矩分配单元确定要由每一相阶递送的所需扭矩输出以用于提供所需扭矩输出，校正单元用于校正所确定的所需扭矩输出，从而允许积累所述相电流，以使该相阶能够有效地递送由扭矩分配单元所确定的所需扭矩输出。本文还描述了一种方法。

Description

用于操作多相开关磁阻电机以及校正单元的控制器系统以及 方法

技术领域

本发明涉及用于操作多相开关磁阻电机的控制器系统，该多相开关磁阻电机包括定子和转子，定子包含多个线圈以及定子磁极，其中各定子磁极形成线圈的磁芯，转子包含用于与定子磁极相互作用以对转子施加磁阻扭矩的多个反磁极，转子可相对于定子旋转，线圈与多相开关磁阻电机的多个相阶相关联，使得定子的每一线圈与一个相阶相关联，每一相阶因而与定子的多个线圈中的一者或多者相关联；其中该控制器系统被配置成通过向各相阶中的每一者分别相继地施加相电流来为各相阶供电，以向转子施加磁阻扭矩，其中对于每一相阶，相电流通过以下方式施加：在反磁极相对于所述相阶的定子磁极的第一位置中接通相电流，并在该反磁极相对于所述相阶的该定子磁极的第二位置中断开相电流；其中该控制器系统还包括扭矩分配单元，其被配置成针对每一相阶确定要由所述相阶递送的所需扭矩输出，其中扭矩分配单元包括用于提供为相应相阶确定的所需扭矩输出的输出端。本发明还涉及一种操作多相开关磁阻电机的方法。

背景技术

所公开的发明涉及对开关磁阻(SR)电动机的控制；且更具体地涉及用于扩展基于脉宽调制(PWM)的直接瞬时扭矩控制(DITC)(即，PWM-DITC)的无波动扭矩适用范围的预见性相电流积累方法。

具有用于SR电动机的假设控制的DITC策略最初由Robert B.Inderka等人发表在“DITC-direct instantaneous torque control of switched reluctance drives(开关磁阻驱动的DITC-直接瞬时扭矩控制)”，IEEE Transactions on Industry Applications(IEEE工业应用会议录)(卷39，第4期，7月-8月，2003年)，并且随后其作为基于PWM的DITC策略由Christoph R.Neuhaus等人进一步研究，如发表在“Predictive PWM-based directinstantaneous torque control of switched reluctance drives(开关磁阻驱动的预见性基于PWM的直接瞬时扭矩控制)”；37th IEEE Power Electronics SpecialistsConference(第37届IEEE电力电子专家会议)，2006(PESC'06)，6月18-22日，2006年。它是使用根据查找表(LUT)计算得到的扭矩估值的反馈来进行的电磁扭矩的闭环控制。存在用于在两个相邻相生效的情况下将所请求的扭矩分配给它们两者的机制。新近变得活跃的相被称为传入相，而新近将淡出的相被称为外出相。传入相默认地具有高于外出相的更高优先级，这意味着传入相将递送所请求的扭矩，除非发生以下两种例外：所请求的扭矩超出传入相能递送的所估算的可行扭矩范围；外出相在即将到来的时间步长中的所估算的扭矩不能消失至零。在以上两种例外之一中，扭矩分配策略将相应地针对这两个相邻相来重新计算扭矩请求。

传入相被控制以总是在与所请求的扭矩相同的方向上递送扭矩，以便不抵消在外出相中递送的扭矩。出于该原因，一旦相应传入相能够在所请求的方向上递送扭矩，相电流就被允许积累。DITC策略在扭矩波动最小化方面造成电动机性能的可观改进，尤其是在低速和中速。然而，在较高转速时，在PWM-DITC控制的SR电动机中仍然发生扭矩波动。这归因于以下事实：反电磁力(EMF)与转子转速成正比，而用于积累相电流的时间与转子转速成反比。因而，在低速，相电流可相对于转子位置容易地积累至目标值。然而，在较高转速，不再能容易地遵循目标相电流。虽然相关于开关磁阻电动机描述了以上内容，但该问题也发生在SR发电机中。

发明内容

本发明的目标是提供针对基于脉宽调制的直接瞬时扭矩控制操作的开关磁阻电动机或发电机中经受的上述缺陷的解决方案，以及提供允许在较高转子转速下进一步降低扭矩波动的控制系统和方法。

为此，在此提供了一种用于操作多相开关磁阻电机的控制器系统，该多相开关磁阻电机包括定子和转子，定子包含多个线圈以及定子磁极，其中各定子磁极形成线圈的磁芯，转子包含用于与定子磁极相互作用以对转子施加磁阻扭矩的多个反磁极，转子可相对于定子旋转，线圈与多相开关磁阻电机的多个相阶相关联，使得定子的每一线圈与一个相阶相关联，每一相阶因而与定子的多个线圈中的一者或多者相关联；其中该控制器系统被配置成通过向各相阶中的每一者分别相继地施加相电流来为各相阶供电，以向转子施加磁阻扭矩，其中对于每一相阶，相电流通过以下方式施加：在反磁极相对于所述相阶的定子磁极的第一位置中接通相电流，并在该反磁极相对于所述相阶的该定子磁极的第二位置中断开相电流；其中该控制器系统还包括扭矩分配单元，其被配置成针对每一相阶确定要由所述相阶递送的所需扭矩输出，其中扭矩分配单元包括用于提供为相应相阶确定的所需扭矩输出的输出端；其中所述控制器系统还包括与扭矩分配单元协作以用于接收针对相应相阶确定的所需扭矩输出的校正单元，校正单元包括用于接收指示反磁极相对于该相应相阶的定子磁极的当前位置的当前位置数据的输入端，并且其中校正单元被配置成校正针对该相应相阶确定的所需扭矩输出，以提供与反磁极相对于定子磁极的所述当前位置相关联的经校正的所需扭矩输出，从而允许通过所述相应相阶积累所述相电流，以使该相阶能够有效地递送由扭矩分配单元确定的所需扭矩输出。

作为本发明的基础，存在以下洞察：归因于传入相中的相电流的提前积累，对外出相所递送的扭矩的一定量的抵消可被用来在各相进行换相之际消除扭矩下降的发生。为了输出较高扭矩，相电流应当在它去往有效扭矩发生区之前积累得足够高。如果必要，该相甚至将在达到未对准位置之前被供电。因而，作为积累相电流的折中，允许少量的负扭矩。优点是在转子接近有效扭矩发生的区域时，由于较高的相电流，将得到更大扭矩。通过在传入相中提前积累相电流，即在相对于传入相当前转子位置为180°elec(即，180°elec是电量程中的位置，其中所述相阶的定子磁极恰好位于转子的两个连贯反磁极之间的中点：即未对准位置)之前，相电流能够提前积累得足以允许提供足够扭矩输出，以防止在各相进行换相之际扭矩下降。如上所述，在转子位置为180°elec之前，传入相的抵消效应由外出相来补偿；在转子位置为180°elec之后，归因于提前积累的相电流，来自传入相的扭矩快速积累并且因而可补偿来自外出相的扭矩下降。结果，在从所有相汇总的总体扭矩中，避免了换相期间的扭矩下降。这允许操作SR电动机来在高得多的转子转速下无扭矩波动地操作，因为有附加时间可供用于在换相期间的相电流积累。

根据一些实施例，该控制器系统是闭环系统，并且其中该控制器系统包括被配置成接收指示开关磁阻电机的一个或多个工作参数的数据的监视单元。基于这些工作参数，控制器能够执行扭矩分配并向校正单元提供输入以用于校正针对相应相阶确定的所需扭矩输出。根据这些实施例中的一些，该一个或多个工作参数包括包含以下各项的编组中的至少一个元素：施加到各相阶中的一者或多者的实际相电流，转子相对于定子的转子角位置，转子的转速；或可用于所述供电的DC电压电平。

此外，根据一些实施例，控制器系统被配置成向校正单元提供指示相应相阶的第一位置(θ_on)和第二位置(θ_off)的数据。控制器还包括转子的当前位置(θ_phN)，或至少提供可从中得到当前转子位置的数据或信号。对于相应相阶，这些位置信息(θ_on，θ_off，θ_phN)能以电相角度为单位来提供，即指示转子的反磁极在单个相的两个连贯定子磁极之间的相对位置。电相角度0°elec指示转子的反磁极与相应阶的定子磁极之间的对准位置。电相角度180°elec与未对准位置相对应，其中相阶的定子磁极恰好在转子的两个反磁极之间的中点，如先前在上文所描述的。电位置360°elec指示转子的后续反磁极与相应相阶的定子磁极相对准的对准位置。该相的第一和第二位置(即，接通和断开位置)可取决于一个或多个工作参数中的至少一者。因此，基于现有条件，由于分别接通或断开相的定子磁极的最优转子第一或第二位置将由控制器系统来确定。确定接通和断开角度的方式可取决于优化。例如，接通角度可将例如扭矩波动、效率以及噪声(径向力反射)纳入考虑来优化。断开角度可例如这对于电动固定为360°elec且对于发电固定为180°elec。

根据这些实施例中的一些，控制器系统包括或通信连接至数据存储，该数据存储包括用于将一个或多个工作参数中的至少一者与第一和第二位置中的一者或多者相关联的查找表。查找表可被预存储在存储器或以其他方式能由控制器系统访问。此查找表可在初始化过程期间已针对电动机(或发电机)预确定，从而将与工作参数相对应的工作条件同用于使扭矩波动最小化的最优接通和断开角度进行关联。

根据本发明的各实施例，扭矩分配单元被配置成在反磁极从相邻相阶中的第一者移至相邻相阶中的第二者时确定要由诸相邻相阶递送的所需扭矩输出。在这些实施例中，扭矩分配单元被配置成提供针对相邻相阶中的第一者的第一所需扭矩输出以及针对相邻相阶中的第二者的第二所需扭矩输出。校正单元被配置成校正第一或第二所需扭矩输出中的至少一者。在这些实施例中，相邻相阶两者中的任一者或两者的所需扭矩输出可被校正。

根据本发明的一些实施例，多相开关磁阻电机是开关磁阻电动机或开关磁阻发电机中的至少一者。

根据本发明的第二方面，其提供了一种供用在前述权利要求中的任一项所述的控制器系统中的校正单元，该校正单元被配置成与扭矩分配单元协作以用于接收针对相阶确定的所需扭矩输出，校正单元包括用于接收指示至少一个反磁极相对于该相阶的定子磁极的当前位置的当前位置数据的输入端，并且其中校正单元被配置成校正针对该相阶确定的所需扭矩输出，以提供与反磁极相对于定子磁极的所述当前位置相关联的经校正的所需扭矩输出，从而允许通过所述相阶积累所述相电流，以使该相阶能够有效地递送由扭矩分配单元确定的所需扭矩输出。

根据本发明的第二方面，其提供了一种控制多相开关磁阻电机的操作的方法，该多相开关磁阻电机包括定子和转子，定子包含多个线圈以及定子磁极，其中各定子磁极形成线圈的磁芯，转子包含用于与定子磁极相互作用以对转子施加磁阻扭矩的多个反磁极，转子可相对于定子旋转，线圈与多相开关磁阻电机的多个相阶相关联，使得定子的每一线圈与一个相阶相关联，每一相阶因而与定子的多个线圈中的一者或多者相关联；该方法包括以下步骤：由控制器系统通过向各相阶中的每一者分别相继施加相电流来对各相阶供电以向转子施加磁阻扭矩，其中对于每一相阶，如下施加相电流：在反磁极相对于所述相阶的定子磁极的第一位置中接通相电流，并在该反磁极相对于所述相阶的该定子磁极的第二位置中断开相电流；对于各相阶中的至少一个相阶，使用扭矩分配单元来确定要由所述至少一个相阶递送的所需扭矩输出，以及将针对相应相阶确定的所需扭矩输出提供给校正单元；由校正单元接收针对相应相阶确定的所需扭矩输出以及指示反磁极相对于该相应相阶的定子磁极的当前位置的当前位置数据；以及由校正单元校正针对该相应相阶确定的所需扭矩输出，以提供与反磁极相对于定子磁极的所述当前位置相关联的经校正的所需扭矩输出，从而允许通过所述相应相阶积累所述相电流，以使该相阶能够有效地递送由扭矩分配单元确定的所需扭矩输出。

附图说明

参考附图，通过本发明的一些具体实施例的描述将进一步阐明本发明。具体实施方式提供了本发明的可能实现的示例，但不被认为描述了落在发明范围的仅有实施例。本发明的范围在权利要求书中限定，并且说明书要被认为是对本发明的解说而非限制。在附图中：

图1示意性地解说了根据本发明的一实施例的用于控制开关磁阻(SR)电动机的闭环控制器系统；

图2示意性地解说了常规扭矩分配单元；

图3示意性地解说了根据本发明的一实施例的扭矩分配单元；

图4解说了用于开关磁阻电动机的前向方向和后向方向的角度惯例；

图5示意性地解说了在具有和不具有预见性电流积累机制的情况下开关磁阻发电机、电流、相扭矩以及总体扭矩波形对电位置；

图6和7是解说在具有和不具有预见性相电流积累的情况下SR电动机的适用工作范围的图表。

具体实施方式

在图1中示意性地解说了用于控制开关磁阻(SR)电动机3是闭环控制器系统1。开关磁阻(SR)电动机3的相应相阶中的每一者的DC总线电压和相电流电压被测量并提供给测量和估算单元5。测量和估算单元5还接收电机位置信号，这可例如使用SR电动机3中的位置编码器(未示出)来获得。根据所获得的相电流和转子位置，估算电动机3的每一相阶的磁链。

所估算的磁链8-4、转子的位置8-3以及测得的相电流8-1和DC总线电压8-2被传递给扭矩估算单元7。扭矩估算单元7被用来预测相应相阶的可递送相扭矩的范围。扭矩估算单元7可应用算法和/或来自存储器(未示出)或者其他数据储存库(未示出)的查找表。

所估算的相扭矩值10被提供给扭矩分配单元15，扭矩分配单元15还接收参考扭矩值12。扭矩分配单元15将在下文进一步详细解释。在扭矩分配单元15的输出端处，相应相阶的参考相扭矩值27和29被提供给参考相磁链控制单元17。参考相磁链控制单元17计算相应相阶的参考相磁链值20，并且比较器18确定参考相磁链Ψ_phref与所估算的相磁链8-4之差ΔΨ_ph。该差ΔΨ_ph与DC总线电压8-2和相电流8-1一起被传递给脉宽调制器(PWM)19以确定PWM占空比，这作为输入信号B_sw被传递给功率转换器4以用于驱动SR电动机3。事实上，差信号ΔΨ_ph是控制器系统1的输出并且指示所需量的相磁链ΔΨ_phref与实际存在(即，所估算)的相磁链8-4之差。基于该差，PWM信号B_sw被设定来控制功率转换器4。

图2示意性地解说了常规扭矩分配单元115。常规控制器系统中的常规扭矩分配单元115可处于与本发明中的扭矩分配单元15(图1)相同的位置，即在闭环中在扭矩估算单元7之后。扭矩分配单元115接收所估算的扭矩值10-1和10-2。如在图2中解说的，所估算的扭矩值10-1用于外出相阶(即，相N-1)，而所估算的扭矩值10-2用于传入相阶(即，相N)。如在本文中早先描述的，传入相N总是具有高于外出相N-1的较高优先级，这意味着传入相N将递送所请求的扭矩，除非发生例外。存在两种此类例外：第一，所请求的扭矩超出传入相能递送的所估算的可行扭矩范围；以及第二，外出相中的在即将到来的时间步长中的所估算的扭矩不能消失至零(即，外出相阶N-1仍然递送一定量的扭矩且尚不能停止那样做)。在以上两种例外中，扭矩分配策略将相应地针对这两个相邻相来重新计算扭矩请求。

传入相N高于外出相N-1的优先级在图2中通过将传入相N的相扭矩控制器22置于外出相N-1的相扭矩控制器24的上游来反映。传入相N的相扭矩控制器22从信号12接收参考扭矩值T_ref*并从信号10-2接收所估算的相扭矩范围T_{est_min_phN}和T_{est_max_phN}，并基于此确定传入相N的扭矩输出T_out,N。它随后通过从T_ref*减去T_out,N以得到T_ref**来确定优选地要由外出相N-1来递送的残余参考扭矩。该值T_ref**被传递给外出相N-1的相扭矩控制器24，相扭矩控制器24还从信号10-1接收所估算的相扭矩范围T_{est_min_phN-1}和T_{est_max_phN-1}。基于此，相扭矩控制器24确定外出相N-1的参考相扭矩值T_ref,N-1。传入相N的参考相扭矩值T_ref,N是通过在比较器25从T_ref*减去T_ref,N-1来获得的。这些值T_ref,N和T_ref,N-1分别在信号27和29上传递给图1中的参考相磁链控制单元17。因为扭矩是在线估算和监视的且每一相的占空比是相应地预测的，所以作为结果，扭矩波动一般很小。然而，为了递送所请求的恒定平滑的扭矩，应当满足以下条件：

T_{est_min_phN}+T_{est_min_phN-1}≤T_ref*≤T_{est_max_phN}+T_{est_max_phN-1} (式1)

传入相将总是递送与所请求的扭矩在相同方向上的扭矩，除非发生以下两种情形之一：

这意味着外出相将必须递送超过所请求扭矩的扭矩并且传入相必须反补偿它。在实践中，以上情形没有一者将发生。因此，仅在传入相递送与所请求的扭矩在相同方向上的扭矩时，传入相中的相电流从被允许积累。例如，考虑前向电动配置，其中相电流只有在转子位置θ_phN到180°时才被积累。这一般将积累相电流的历时限制在它达到有效扭矩发生区之前，尤其是随着转子转速的增加。反EMF与转子转速成正比，而积累相电流的时间与转子转速成反比。因而，在低速，相电流可容易地积累至相对于转子位置的目标值。然而，在较高转速，不再能容易地遵循目标相电流。因而，它可导致以下情形：

这带来两个后果：第一，在传入相不能积累必需量的扭矩的情况下，发生扭矩波动。这通常被检测为在换相时的扭矩下降。第二，电动机的最大总体扭矩将由于在相换相时扭矩下降而下降。

本发明解决了常规扭矩分配单元的以上缺陷。它调查切换策略并预见性地允许传入相提前积累其相电流，以使得将不发生式3并且式1在大大扩展了的转子转速范围的情况下能够被满足，即PWM-DITC适用于无扭矩波动操作的更扩展的范围。

在图3中，解说了根据本发明的一实施例的扭矩分配单元15。扭矩分配单元15包括对在输出端处提供的参考相扭矩值27和29执行预见性相电流积累校正的附加元件。这一校正由在控制电路环路中位于传入相N的相扭矩控制器22的下游的预见性相电流积累单元30执行。预见性相电流积累单元30接收传入相N的所确定的扭矩输出T_out,N，以及接通角度θ_on、断开角度θ_off和转子相对于传入相N的定子线圈的当前实际位置θ_phN。接通角度θ_on和断开角度θ_off可按不同的方式获得，例如这些可被设定在优选固定值、使用算法或某些规则经由附加控制器(未示出)计算或控制、或者可被预存储在查找表(未示出)并从中获得(例如，取决于工作条件，诸如电动机转速。选择接通和断开角度的方式取决于优化。例如，接通角度可将扭矩波动、效率以及噪声(径向力反射)纳入考虑来优化。断开角度可以是固定的，诸如对于SR电动机3而言是360°elec，或者对于SR发电机系统而言是180°elec。基于以上讨论的其输入，预见性相电流积累单元30为传入相N确定经校正的扭矩输出T_out*,N。

为了输出较高扭矩，相电流应当在它去往最有效扭矩发生区之前积累得足够高。如果必要，该相甚至将在达到未对准位置之前被供电。因而，作为积累相电流的折中，允许少量的负扭矩。优点是在转子接近有效扭矩发生的区域时，由于较高的相电流，将得到更大扭矩。

为进一步分析这一方案的可行性，首先在图4中定义以下角度惯例38。在对准位置39和40，电位置是0[°elec]或360[°elec]。因此，在未对准位置处的位置是180[°elec]，在39和40中间。图4还解说了电动机3的前向和后向方向的惯例。例如，如图3中解说的，使用预见性相电流积累单元30改进了本发明的扭矩分配机制。在输入相N上的所请求的扭矩的饱和输出T_out,N被馈送入预见性相电流积累单元30。相角位置θ_phN、接通角度θ_on以及断开角度θ_off是输入32、33和34，用于确定相电流是否需要被提前积累。

传入相上的初步扭矩输出(表示为T_out*,N)因而被重新计算，如分别在以下针对电动和发电状态的表中示出的。

表1-电动状态

表2-发电状态在上表1和2中，T_{est_min_phN}和T_{est_max_phN}分别表示来自传入相N的所估算的可递送扭矩的下限和上限。如果估算要跨越拐点(180[°elec]或360[°elec])，则T_{est_min_phN}和T_{est_max_phN}的极性将改变。因此，T_{est_min_phN}和T_{est_max_phN}的范围可从负到正。在相电流积累区中，对于电动是[θ_on,180°)或对于发电是[θon,360°)，所需初步扭矩输出将总是取所估算的具有最大绝对值的限值。以此方式，相电流能以其最大努力来有效地积累。通过这一适用，相电流随后被允许在它开始递送有效相扭矩之前被积累。然而，接通角度优选地要被优化并且优选地根据工作点离线计算并存储为查找表以供在线计算期间查找。该优化将各个目标纳入考虑，诸如效率、扭矩波动、以及径向力变化率。适应度函数如下组成：

其中

W_E+W_T+W_F＝1。

在此，E_eff是电动机效率；T_ripple是峰-峰扭矩波动；ΔF_force是径向力的梯度变化；下标‘max’相应地指示指定工作点的接通/断开角度的所有组合的各最大物理分量。效率、扭矩波动以及径向力的梯度变化的加权因子分别由W_E、W_T和W_F表示。

图5在时间尺度上解说了在具有和不具有预见性电流积累机制(诸如图3中的元件30)的情况下开关磁阻发电机、电流、相扭矩以及总体扭矩波形。电动机3以3840rmp的转速工作，提供-90Nm的所请求扭矩。图5示出了对于发电工作点而言具有和不具有预见性电流积累机制的差异。在没有预见性电流积累的情况下，所述相的接通行为强制性发生在L曲线的下降斜率上。即，相电流只能在0°elec(即360°elec)之后积累。在这种情形中，在换相期间可以看到相当的扭矩下降(连续曲线)，而这在本发明的预见性电流积累机制的曲线(虚线曲线)中消失。注意，在图5中，示出了只来自一个相阶的波形。对于三个相阶，图5中解说的相的曲线要与其他两个相交叠，每一相具有120°elec相差。同样在图5，使用预见性电流积累(虚线曲线)，电流在300°elec开始积累。这以在开始时的少量相反扭矩为代价，但收益是在换相期间的平滑扭矩递送以及提高的效率。

在图6和7中，解说了具有和不具有预见性相电流积累的适用工作范围。图6示出了在前向电动中的适用工作范围；图7示出了在后向发电中的适用工作范围。如可看到的，例如在图6中，在包括本发明的预见性相电流积累的轮廓曲线65的情形中，能在经扩展的速度范围上递送更恒定量的扭矩，没有在轮廓曲线62中示出的扭矩降低。如可看到的，例如在图7中，在包括本发明的预见性相电流积累的轮廓曲线74的情形中，与不包括预见性相电流积累的轮廓曲线70相比，可递送宽得多的扭矩对速度范围。应当注意，轮廓曲线可取决于扭矩波动带宽的接受度准则等而变化。

已根据本发明的某些特定实施例描述了本发明。将明白，附图中示出并在本文描述的实施例旨在仅用于解说目的，并且决不旨在是对本发明的限制。可以相信，本发明的操作和构造将从前述说明和所附附图变得明显。本领域技术人员将明白，本发明不限于本文描述的任何实施例，并且修改是可能的，这样当被认为是在所附权利要求书的范围内。同样，运动学倒置被认为是固有地公开的且在本发明的范围内。此外，所公开的各实施例的组件和元件中的任一者在认为必要、合需或优选时可以组合或可被合并到其他实施例，而不背离权利要求书中限定的本发明的范围。

在权利要求书中，任何附图标记不应被解释为限制权利要求。术语‘包括’和‘包含’当用在本说明书或所附权利要求书中时应当不在排他性或穷举性的意义上解释，而是要在包含性的意义上解释。因而，本文中使用的表达语‘包括’不排除任何权利要求中列出的元件或步骤之外的其他元件或步骤的存在。此外，词语‘一’和‘一个’不应被解释为限于‘仅一个’，而是被用来意指‘至少一个’，并且不排除多个。没有被具体或明确描述或要求保护的特征可附加地包括在本发明的结构中在其范围内。诸如“用于……的装置”等表达语应被读作“配置成用于……的组件”或“构造成用于……的构件”，并且应当被解释为包括所公开的结构的等效方案。诸如“关键”、“优选”、“尤其优选”等表达语的使用不旨在限制本发明。本领域技术人员眼界内的添加、删除和更改一般可以作出而不背离本发明的由权利要求书确定的精神和范围。本发明能以本文具体描述的方式以外的其他方式来实施，并且仅由所附权利要求书来限定。

Claims (15)

1.一种用于操作多相开关磁阻电机的控制器系统，

所述多相开关磁阻电机包括定子和转子，所述定子包含多个线圈以及定子磁极，其中各定子磁极形成线圈的磁芯，所述转子包含用于与所述定子磁极相互作用以对所述转子施加磁阻扭矩的多个反磁极，所述转子能相对于所述定子旋转，各线圈与所述多相开关磁阻电器的多个相阶相关联，使得所述定子的每一线圈与一个相阶相关联，每一相阶因而与所述定子的所述多个线圈中的一者或多者相关联；

其中，所述控制器系统被布置成通过向各相阶中的每一者分别相继施加相电流来对各相阶供电以向所述转子施加磁阻扭矩，其中对于每一相阶，如下施加所述相电流：

在反磁极相对于所述相阶的定子磁极的第一位置中接通所述相电流，以及

在所述反磁极相对于所述相阶的所述定子磁极的第二位置中断开所述相电流；

所述控制器系统还包括扭矩分配单元，所述扭矩分配单元被配置成针对每一相阶确定要由所述相阶递送的所需扭矩输出，其中所述扭矩分配单元包括用于提供为相应相阶确定的所需扭矩输出的输出端；

其中所述控制器系统还包括与所述扭矩分配单元协作以用于接收针对相应相阶确定的所需扭矩输出的校正单元，所述校正单元包括用于接收指示所述反磁极相对于该相应相阶的定子磁极的当前位置的当前位置数据的输入端，并且其中所述校正单元被配置成校正针对该相应相阶确定的所需扭矩输出，以提供与所述反磁极相对于所述定子磁极的所述当前位置相关联的经校正的所需扭矩输出，从而允许通过所述相应相阶积累所述相电流，以使该相阶能够有效地递送由所述扭矩分配单元确定的所需扭矩输出。

2.如权利要求1所述的控制器系统，其特征在于，所述控制器系统是闭环系统，并且其中所述控制器系统包括被配置成接收指示所述开关磁阻电机的一个或多个工作参数的数据的监视单元。

3.如权利要求2所述的控制器系统，其特征在于，所述一个或多个工作参数包括包含以下各项的编组中的至少一个元素：施加到各相阶中的一者或多者的实际相电流，所述转子相对于所述定子的转子角位置，所述转子的转速；或能供用于所述供电的DC电压电平。

4.如权利要求2或3所述的控制器系统，其特征在于，所述控制器系统还被布置成向所述校正单元提供指示相应相阶的第一位置和第二位置的数据，其中所述第一位置和所述第二位置取决于所述一个或多个工作参数中的至少一者。

5.如权利要求4所述的控制器系统，其特征在于，所述控制器系统包括或通信连接至数据存储，所述数据存储包括用于将所述一个或多个工作参数中的所述至少一者与所述第一位置和所述第二位置中的一者或多者相关联的查找表。

6.如前述权利要求中的任一者所述的控制器系统，其特征在于，所述扭矩分配单元被配置成在所述反磁极从相邻相阶中的第一者移至相邻相阶中的第二者时确定要由诸相邻相阶递送的所需扭矩输出，所述扭矩分配单元被配置成提供针对相邻相阶中的所述第一者的第一所需扭矩输出以及针对相邻相阶中的所述第二者的第二所需扭矩输出；

其中所述校正单元被配置成校正所述第一所需扭矩输出或所述第二所需扭矩输出中的至少一者。

7.如前述权利要求中的任一者或多者所述的控制器系统，其特征在于，所述多相开关磁阻电机是开关磁阻电动机或开关磁阻发电机中的至少一者。

8.一种供用在根据前述权利要求中的任一项所述的控制器系统中的校正单元，所述校正单元被配置成与扭矩分配单元协作以用于接收针对相阶确定的所需扭矩输出，所述校正单元包括用于接收指示至少一个反磁极相对于所述相阶的定子磁极的当前位置的当前位置数据的输入端，并且其中所述校正单元被配置成校正针对所述相阶确定的所需扭矩输出，以提供与所述反磁极相对于所述定子磁极的所述当前位置相关联的经校正的所需扭矩输出，从而允许通过所述相阶积累所述相电流，以使所述相阶能够有效地递送由所述扭矩分配单元确定的所需扭矩输出。

9.一种控制多相开关磁阻电机的操作的方法，所述多相开关磁阻电机包括定子和转子，所述定子包含多个线圈以及定子磁极，其中各定子磁极形成线圈的磁芯，并且所述转子包含用于与所述定子磁极相互作用以对所述转子施加磁阻扭矩的多个反磁极，所述转子能相对于所述定子旋转，各线圈与所述多相开关磁阻电机的多个相阶相关联，使得所述定子的每一线圈与一个相阶相关联，每一相阶因而与所述定子的所述多个线圈中的一者或多者相关联；

所述方法包括以下步骤：

由所述控制器系统通过向各相阶中的每一者分别相继施加相电流来对各相阶供电以向所述转子施加磁阻扭矩，其中对于每一相阶，如下施加所述相电流：

在反磁极相对于所述相阶的定子磁极的第一位置中接通所述相电流，以及

在所述反磁极相对于所述相阶的所述定子磁极的第二位置中断开所述相电流；

对于各相阶中的至少一个相阶，使用扭矩分配单元来确定要由所述至少一个相阶递送的所需扭矩输出，以及将针对相应相阶确定的所需扭矩输出提供给校正单元；

由所述校正单元接收针对相应相阶确定的所需扭矩输出以及指示所述反磁极相对于该相应相阶的定子磁极的当前位置的当前位置数据；以及

由所述校正单元校正针对该相应相阶确定的所需扭矩输出，以提供与所述反磁极相对于所述定子磁极的所述当前位置相关联的经校正的所需扭矩输出，从而允许通过所述相应相阶积累所述相电流，以使该相阶能够有效地递送由所述扭矩分配单元确定的所需扭矩输出。

10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

使用扭矩估算器接收所述多相开关磁阻电机的工作数据；以及

由所述扭矩估算器计算所述至少一个相阶的所估算的可达相扭矩量的范围，以用于将所估算的范围提供给所述扭矩分配单元或所述校正单元中的至少一者。

11.如权利要求10所述的方法，其特征在于，所述多相开关磁阻电机是开关磁阻电动机，并且

其中取决于所述反磁极相对于第一相阶的第一定子磁极以及相对于与所述第一相阶相邻的第二相阶的第二定子磁极的当前位置，其中所述第二相阶是所述扭矩分配单元为其确定所需扭矩输出的所述至少一个相阶之一，所确定的所需扭矩输出的校正包括以下步骤中的至少一者或多者：

在所述当前位置位于所述第一位置和未对准位置之间时，其中所述第二定子磁极位于所述转子的两个连贯反磁极的中点，并且在可达相扭矩量的范围内的最大相扭矩量的绝对值大于或等于可达相扭矩量的范围内的最小相扭矩量的绝对值时，所确定的所需扭矩输出被设定成所述最大相扭矩量；或

在所述当前位置位于所述第一位置和未对准位置之间时，其中所述第二定子磁极位于所述转子的两个连贯反磁极的中点，并且在可达相扭矩量的范围内的最大相扭矩量的绝对值小于可达相扭矩量的范围内的最小相扭矩量的绝对值时，所确定的所需扭矩输出被设定成所述最小相扭矩量。

12.如权利要求10所述的方法，其特征在于，所述多相开关磁阻电机是开关磁阻发电机，并且

其中取决于所述反电极相对于由所述扭矩分配单元为其确定所需扭矩输出的所述至少一个相阶的定子磁极的当前位置，所确定的所需扭矩输出的校正包括以下步骤中的至少一者或多者：

当在所述反磁极的移动方向上所述当前位置位于所述第一位置和所述反磁极与所述定子磁极对准的对准位置之间时，并且在可达相扭矩量的范围内的最大相扭矩量的绝对值大于或等于可达相扭矩量的范围内的最小相扭矩量的绝对值时，所确定的所需扭矩输出被设定成所述最大相扭矩量；或

在所述当前位置位于所述第一位置和所述反磁极与所述定子磁极对准的对准位置之间时，并且在可达相扭矩量的范围内的最大相扭矩量的绝对值小于可达相扭矩量的范围内的最小相扭矩量的绝对值时，所确定的所需扭矩输出被设定成所述最小相扭矩量。

13.如权利要求9-12中的任一项或多项所述的方法，其特征在于，所述方法是闭环控制方法，并且其中所述方法还包括由监视单元接收指示所述开关磁阻电机的一个或多个工作参数的数据，其中所述一个或多个工作参数可任选地包括包含以下各项的编组中的至少一个元素：施加到各相阶中的一者或多者的实际相电流，所述转子相对于所述定子的转子角位置，所述转子的转速；或能供用于所述供电的DC电压电平。

14.如权利要求13所述的方法，其特征在于，所述方法还包括向所述校正单元提供指示相应相阶的第一位置和第二位置的数据，其中所述第一位置和所述第二位置取决于所述一个或多个工作参数中的至少一者。

15.如权利要求14所述的方法，其特征在于，向所述校正单元提供指示所述至少一个相阶的第一位置和第二位置的数据的步骤还包括：

使用包括查找表的数据存储将所述一个或多个工作参数中的所述至少一者与所述第一位置和所述第二位置中的一者或多者进行关联。

Images